專利名稱：正交調(diào)制器及其校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正交調(diào)制器、包括正交調(diào)制器的無(wú)線電通信設(shè)備和校準(zhǔn)該正交調(diào)制器或無(wú)線電通信設(shè)備的方法。
在正交調(diào)制器中，通常利用兩種常規(guī)方法之一來(lái)減小載波泄漏和抑制邊帶。一種方法取決于電路匹配、動(dòng)態(tài)交換和多相濾波器的使用，所有這些過(guò)程都在設(shè)計(jì)階段執(zhí)行。第二種方法處理有缺陷的芯片，但依賴于芯片使用中用戶的校準(zhǔn)方法。
在Mohlndra等人的專利U.S.6,169,463中揭示了第二種方法的一個(gè)例子，公開了一種具有設(shè)定后不管(set and forget)的載波泄漏補(bǔ)償?shù)恼徽{(diào)制器。當(dāng)向正交調(diào)制器供電時(shí)，通過(guò)使用同步檢測(cè)器測(cè)量同相和正交支路內(nèi)的載波泄漏。狀態(tài)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，將補(bǔ)償信號(hào)分別注入同相和正交支路中，使得在這兩個(gè)支路內(nèi)的DC偏移降低，從而減小載波泄漏。然而，Mohindra沒有公開對(duì)于不想要的邊帶的抑制。Mohindra提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的檢測(cè)方案，但可能難以實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)樗鼪]有區(qū)別載波泄漏和側(cè)音或其他誤差。此外，必需抑制的信號(hào)的大動(dòng)態(tài)范圍需要以軟件實(shí)現(xiàn)的麻煩和緩慢的“增益設(shè)置”和“誤差檢測(cè)”程序。
所希望的是使用最小的、低成本電路不僅抑制載波泄漏而且降低不想要的邊帶。還希望盡量減少對(duì)適當(dāng)?shù)碾娐穮?shù)的搜索，以減少那些不想要的電路參數(shù)。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種校準(zhǔn)正交調(diào)制器的方法。這種方法包括將第一測(cè)試音信號(hào)加到調(diào)制器的同相調(diào)制支路輸入端上以及將第一測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到調(diào)制器的正交調(diào)制支路上；測(cè)量在調(diào)制器的輸出信號(hào)中本機(jī)振蕩器(LO)饋通(feedthrough)的電平，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整基帶dc偏移電壓以使LO饋通最小化；將第二測(cè)試音信號(hào)加到同相調(diào)制支路輸入端上以及將第二測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到正交調(diào)制支路輸入端上；以及測(cè)量輸出信號(hào)內(nèi)不想要的上邊帶頻率分量的電平，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整同相和正交調(diào)制支路的基帶增益和LO相位誤差，以使不想要的邊帶最小化。
在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，輸出信號(hào)內(nèi)本機(jī)振蕩器(LO)饋通電平或不想要的邊帶的電平通過(guò)下列步驟測(cè)量將輸出信號(hào)的頻譜移位，使得下邊帶頻率分量(LSB)下變頻為零IF；對(duì)經(jīng)頻譜移位的信號(hào)進(jìn)行濾波，使LO饋通或諸如上邊帶之類的不想要的邊帶通過(guò)；以及測(cè)量經(jīng)頻譜移位和濾波的信號(hào)的振幅。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種包括同相調(diào)制支路和正交調(diào)制支路的正交調(diào)制器。該同相調(diào)制支路接收模擬同相基帶信號(hào)作為輸入，該同相調(diào)制支路包括第一dc偏移調(diào)整電路、第一基帶增益調(diào)整電路和第一混頻器。該正交調(diào)制支路接收模擬正交基帶信號(hào)作為輸入，該正交調(diào)制支路包括第二dc偏移調(diào)整電路、第二基帶增益調(diào)整電路和第二混頻器。本機(jī)振蕩器裝置向第一混頻器提供本機(jī)振蕩器信號(hào)以及向第二混頻器提供本機(jī)振蕩器信號(hào)經(jīng)過(guò)相移的信號(hào)。求和器對(duì)第一和第二混頻器的輸出求和。包絡(luò)檢測(cè)器對(duì)調(diào)制器的輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并提供表示輸出信號(hào)的振幅的信號(hào)。帶通濾波器對(duì)振幅信號(hào)進(jìn)行濾波。信號(hào)強(qiáng)度指示器電路測(cè)量經(jīng)濾波的振幅信號(hào)的強(qiáng)度，并提供補(bǔ)償信號(hào)以調(diào)整本機(jī)振蕩器的相移以及同相和正交基帶信號(hào)的dc偏移和基帶增益。
在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該包絡(luò)檢測(cè)器是一種同步檢測(cè)器，而該信號(hào)強(qiáng)度指示器是一種對(duì)數(shù)指示器。提供了一種裝置，用來(lái)將第一測(cè)試音信號(hào)加到同相調(diào)制支路輸入端上以及將第一測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到正交調(diào)制支路輸入端上。采用補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)調(diào)整同相和正交調(diào)制支路內(nèi)的基帶dc偏移來(lái)使輸出信號(hào)內(nèi)的載波泄漏最小化。然后，將第二測(cè)試音信號(hào)加到同相調(diào)制支路輸入端上和將第二測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到正交調(diào)制支路輸入端上。第二測(cè)試音的頻率基本上為第一測(cè)試音的頻率的二分之一。采用補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)調(diào)整同相和正交調(diào)制支路內(nèi)的基帶增益和本機(jī)振蕩器信號(hào)的相移來(lái)使輸出信號(hào)內(nèi)不想要的上邊帶頻率分量最小化。
優(yōu)選的同步包絡(luò)檢測(cè)器包括吉爾伯特單元(Gilbert cell)，在上支路內(nèi)具有至少一個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)和在下支路內(nèi)具有至少一個(gè)晶體管，所述上、下支路相互連接，所述上、下支路均具有輸入端。一個(gè)電阻器分配器網(wǎng)絡(luò)連接在上支路的輸入端與下支路的輸入端之間。選擇該網(wǎng)絡(luò)的電阻值，使得選定的、具有足以使上支路的晶體管飽和的信號(hào)電平的輸入信號(hào)衰減成不會(huì)使下支路的晶體管飽和。一個(gè)低通濾波器接到晶體管的上支路上，所述檢測(cè)器的輸出信號(hào)在該低通濾波器提供。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的正交調(diào)制器的系統(tǒng)框圖。
圖2表示了在圖1的正交調(diào)制器內(nèi)存在的各種不理想的情況。
圖3表示了雙音信號(hào)在時(shí)域內(nèi)的波形。
圖4表示了現(xiàn)有技術(shù)的正交調(diào)制器在基帶輸入為測(cè)試音時(shí)在頻域內(nèi)的輸出頻譜。
圖5為按照優(yōu)選實(shí)施例的、包括校準(zhǔn)調(diào)制器的電路的正交調(diào)制器的系統(tǒng)框圖。
圖6表示了優(yōu)選的正交調(diào)制器在為了消除載波泄漏而在校正階段施加第一測(cè)試音時(shí)在頻域內(nèi)的輸出頻譜；圖7表示了優(yōu)選正交調(diào)制器在為了消除不想要的邊帶而在第二校正階段向該調(diào)制器施加頻率為第一測(cè)試音的二分之一的第二測(cè)試音時(shí)在頻域內(nèi)的輸出頻譜；圖8為在優(yōu)選實(shí)施例中所采用的包絡(luò)檢測(cè)器的電路圖。
圖9為在優(yōu)選實(shí)施例上所采用的信號(hào)強(qiáng)度指示器和帶通濾波器的電路圖。
圖1示出了正交發(fā)射機(jī)8，它包括同相調(diào)制支路10和正交調(diào)制支路12。同相支路10包括串聯(lián)配置的基帶dc偏移調(diào)整塊16、低通濾波器(LPF)18、基帶增益調(diào)整放大器(ΔG)20和混頻器22?；祛l器22將同相信號(hào)I(t)(承載數(shù)字信息的模擬信號(hào))與由本機(jī)振蕩器(LO)24產(chǎn)生的正弦載波信號(hào)Accos(ωt)混頻。正交相位支路12包括串聯(lián)配置的dc基帶偏移調(diào)整塊17、低通濾波器19、增益調(diào)整放大器21和混頻器23?；祛l器23將正交信號(hào)Q(t)與由本機(jī)振蕩器24產(chǎn)生的、在理想情況下經(jīng)諸如鎖相環(huán)(PLL)26之類的相移電路移相90度的載波信號(hào)Assin(ωt+φe)混頻。φe表示相移誤差。
求和器28對(duì)混頻器22和23的輸出求加，求和器28的輸出饋送到數(shù)字式可編程衰減器(ATT)30。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)8對(duì)差動(dòng)信號(hào)進(jìn)行操作，因此衰減器30的輸出饋送到變壓器32，該變壓器將該差動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，通過(guò)天線34將該信號(hào)輻射出去。
數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)36控制各個(gè)電路，諸如DC偏移調(diào)整塊16和17、增益放大器20和21、PLL26和衰減器30。DSP 36還執(zhí)行下面要詳細(xì)說(shuō)明的校準(zhǔn)算法。
在如圖所示的正交發(fā)射機(jī)8和其他與之類似的正交發(fā)射機(jī)中存在一些不完善或非理想情況。這些非理想情況特別是由于以下如圖2所示的原因引起的AI，AQ分別為同相和正交支路內(nèi)的基帶增益，它們可能不相等VOI，VOQ分別為同相和正交支路內(nèi)的固有等值dc偏移電壓，它們可能不為零AC，AS分別為同相和正交支路內(nèi)的本機(jī)振蕩器振幅，它們可能不相等VOC，VOS分別為同相和正交支路內(nèi)的本機(jī)振蕩器等值偏移電壓，它們可能不為零φe為本機(jī)振蕩器正交相位誤差因此，發(fā)射信號(hào)s(t)可以寫成以下的一般形式s(t)＝(AII(t)+VOI)(ACcos(ωLOt)+VOC)+(AQQ(t)+VOQ)(ASsin(ωLOt+φe)+VOS)[1]其中ωLO為本機(jī)振蕩頻率，而I(t)、Q(t)為同相和正交信號(hào)，如以上所說(shuō)明的。
由式[1]可見，如果消除了這些非理想情況，s(t)就成為理想的正交信號(hào)I(t)cos(ωLOt)+Q(t)sin(ωLOt) [2]如果輸入基帶信號(hào)被定義為I(t)＝VIcos(ωBt)而Q(t)＝VQsin(ωBt)，將式[1]]展開后可以得到三個(gè)主要項(xiàng)，如下VOI*ACcos(ωLOt)+VOQ*ASsin(ωLOt+φe) [3]AIVIACcos(ωLOt+ωBt)-AQVQAScos(φe)cos(ωLOt+ωBt)+AQVQASsin(φe)sin(ωLOt+ωBt)[4]AIVIACcos(ωLOt-ωBt)+AQVQAScos(φe)cos(ωLOt-ωBt)-AQVQASsin(φe)sin(ωLOt-ωBt)[5]式[3]稱為本機(jī)振蕩器(LO)饋通或載波泄漏項(xiàng)，這是因?yàn)檩敵鲱l譜的這個(gè)分量集中在ωLO?？梢姡绻鹍c偏移調(diào)整量在塊16和17能夠得到適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，則可以消除或降低LO饋通。
式[4]稱為“上邊帶”(upper side band USB)項(xiàng)，這是因?yàn)檩敵鲱l譜的這個(gè)分量集中在頻率ωLO+ωB，高于本機(jī)振蕩頻率。類似的是，式[5]稱為“下邊帶”(lower side band LSB)項(xiàng)，這是因?yàn)檩敵鲱l譜的這個(gè)分量集中在ωLO-ωB，低于本機(jī)振蕩頻率。
假設(shè)參數(shù)都是正的，則LSB將為較強(qiáng)的頻率分量，因此想要的信號(hào)較強(qiáng)，而USB將為較弱的頻率分量，從而不想要的信號(hào)較弱。由式[4]可見，基帶增益失配AI≠AQ、本機(jī)振蕩器電平失配AC≠AS和本機(jī)振蕩器相位誤差φ。是造成殘余USB項(xiàng)的原因。對(duì)這些系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)控制可以使不想要的邊帶最小化。然而，在模擬域要將不想要的邊帶盡量減小到小于50dBc需要基帶和高頻增益匹配達(dá)到0.05dB量級(jí)以及相位匹配達(dá)到0.4度。常規(guī)的模擬電路不可能達(dá)到這樣的匹配程度。
本發(fā)明不是試圖通過(guò)改善布局或動(dòng)態(tài)技術(shù)來(lái)改善匹配和相位控制，而是測(cè)量輸出信號(hào)s(t)并且調(diào)整AI和AQ、VOI和VOQ、φe這些系統(tǒng)參數(shù)，直到使LO饋通和USB分量最小化為止。這是通過(guò)充分利用LSB分量的振幅通常比USB分量或LO饋通的大這一實(shí)際情況來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖3例示了在時(shí)域的雙音信號(hào)40，它是兩個(gè)正弦分量之和AStcos(ωstt)+Awecos(ωwet)，其中第一分量具有比第二分量大得多的振幅。由圖3可見，雙音信號(hào)40的包絡(luò)42(示為點(diǎn)畫線)是正弦波，其振幅為弱信號(hào)的振幅而頻率等于兩個(gè)音的頻率差。具體地說(shuō)，雙音信號(hào)40的包絡(luò)可以寫成ASt+Awecos(ωstt-ωwet)。因此，例如如果較弱信號(hào)是USB分量而較強(qiáng)信號(hào)是LSB分量，對(duì)這種雙音信號(hào)的包絡(luò)的測(cè)量就能夠有時(shí)機(jī)來(lái)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，以降低較弱的或不想要的信號(hào)的電平。
然而，實(shí)際上發(fā)射機(jī)的輸出s(t)不是二分量信號(hào)，而是有許多頻率分量。圖4表示了s(t)的典型頻譜。在這個(gè)圖中，中心軸位于本機(jī)振蕩頻率的中心，例如1GHz。頻率分量44表示LO饋通，頻率分量46表示USB而頻率分量48表示LSB。此外，還存在強(qiáng)和弱的三次諧波，分別如分量50和52所示。因此，當(dāng)輸出信號(hào)s(t)除了有想要的分量之外還具有多個(gè)頻率分量時(shí)，這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例要至少濾掉其中一些頻率分量，使得基本上存在一個(gè)雙音信號(hào)。注意，振幅相對(duì)小的高次諧波不會(huì)顯著地影響包絡(luò)的形狀。此外，由于高次諧波減小得比主信號(hào)快得多，因此用戶就能通過(guò)適當(dāng)選擇主信號(hào)電平來(lái)減小它們(例如，和圖4中一樣，LSB的電平每減小1dB，三次諧波就下降3dB)。
圖5為按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例設(shè)計(jì)的采用大動(dòng)態(tài)范圍包絡(luò)檢測(cè)器102、帶通濾波器104和信號(hào)強(qiáng)度指示器電路106的正交調(diào)制器100的系統(tǒng)框圖。檢測(cè)器102設(shè)置在衰減器30的輸出端，用來(lái)在點(diǎn)A檢測(cè)s(t)。檢測(cè)器102在點(diǎn)B提供表示s(t)的包絡(luò)的信號(hào)。這個(gè)包絡(luò)然后由帶通濾波器104濾波，以便使應(yīng)該是最小化的頻率分量通過(guò)(點(diǎn)C)。對(duì)數(shù)信號(hào)強(qiáng)度指示器電路106測(cè)量通過(guò)的頻率分量的強(qiáng)度，并且提供信號(hào)108，然后DSP 36使用該信號(hào)來(lái)調(diào)整該調(diào)制器的系統(tǒng)參數(shù)。
優(yōu)選的是，該調(diào)制器采用兩階段過(guò)程來(lái)校準(zhǔn)。在第一階段，使LO饋通最小化，而在第二階段使USB分量最小化，不過(guò)在可選的實(shí)施例中，也可以按照相反次序來(lái)執(zhí)行這兩個(gè)階段。
在這個(gè)優(yōu)選的第一階段中，將第一測(cè)試音(例如為4MHz)加到發(fā)射機(jī)的I和Q基帶輸入端(加到Q輸入端上的音與加到I輸入端上的音相位差90度)。這些音由DSP 36或者可選地由任何其他已知的音產(chǎn)生器生成。在點(diǎn)A處的輸出頻譜如圖4所示，具有想要的LSB分量46以及較小的LO饋通和USB分量44、48再加上二次和三次諧波分量。包絡(luò)檢測(cè)器102主要是移位經(jīng)檢測(cè)的s(t)的頻譜，如圖6所示在點(diǎn)A使得LSB分量46移位到零頻率，使LO饋通分量44移位到測(cè)試音的頻率(4MHz)，而使USB分量48移位到為測(cè)試音頻率兩倍的頻率。帶通濾波器104優(yōu)選地被配置成尖銳通帶的中心位于4MHz，其基本上只讓LO饋通(如圖6中示意性所示)44通過(guò)，因此控制了各其他不想要的分量的出現(xiàn)。對(duì)數(shù)信號(hào)強(qiáng)度指示器106測(cè)量LO饋通44的電平，產(chǎn)生由DSP 36使用來(lái)使LO饋通44最小化的信號(hào)。LO饋通44(即使它可能是由于通過(guò)芯片基板的泄漏所引起的)也可以通過(guò)調(diào)整DC偏移電壓VOI和VOQ使得LO饋通44在點(diǎn)A處抵消而使該LO饋通44成為零。注意，VOI和VOQ是相互獨(dú)立的，需要分別使它們?yōu)榱?，因此需要進(jìn)行二維搜索，以便為各DC偏移找出最佳值。
在校準(zhǔn)過(guò)程的第二階段中，一旦使LO饋通44最小化了，就將頻率為第一測(cè)試音的二分之一的第二測(cè)試音(例如，2MHz)加到調(diào)制器的I和Q基帶輸入端。在通過(guò)包絡(luò)檢測(cè)器102后，在點(diǎn)C處的頻譜與圖7所示類似，其中通過(guò)將第二測(cè)試音信號(hào)的值加倍而使USB分量48與LSB分量46分開。這就允許能夠使用非常相同的帶通濾波器106來(lái)基本上只將USB分量48(如圖7示意性地例示的那樣)傳播到對(duì)數(shù)信號(hào)強(qiáng)度指示器106。信號(hào)強(qiáng)度指示器106產(chǎn)生信號(hào)108，DSP 36使用該信號(hào)來(lái)在增益調(diào)整塊20、21調(diào)整基帶增益AI或AS以及在PLL 26調(diào)整本機(jī)振蕩器相位誤差，以便使USB分量最小化。這也需要進(jìn)行二維搜索。
校準(zhǔn)過(guò)程呈現(xiàn)為“設(shè)定后不管”型。它可以在調(diào)制器加電時(shí)施行，也可以在一些諸如不活動(dòng)的時(shí)隙之類的離散時(shí)刻施行。沒有必要持續(xù)地調(diào)整這些系統(tǒng)參數(shù)。
注意，帶通濾波器104將減小強(qiáng)的三次諧波失真分量50的影響。然而，弱的三次諧波分量52在包絡(luò)檢測(cè)器后直接落在邊帶信號(hào)48上。這個(gè)失真結(jié)果的電平通常超過(guò)60dBc，不大會(huì)導(dǎo)致任何問題。它的電平在校準(zhǔn)階段期間隨著主測(cè)試音信號(hào)I(t)和Q(t)每減小1dB，就能夠被降低3dB。
帶通濾波器可以設(shè)置在包絡(luò)檢測(cè)器前，但需要用成本高到不切實(shí)際的高Q濾波器。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，帶通濾波器可以是設(shè)置在檢測(cè)器后的可編程帶通濾波器，以濾出不想要的邊帶和諧波結(jié)果。
在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，調(diào)制器100由于一系列原因提供大的動(dòng)態(tài)范圍能力。首先，RF輸出電平可能需要是可編程的，這就是為什么正交調(diào)制器100要包括衰減器30的原因。該檢測(cè)器電路優(yōu)選的是對(duì)衰減后的信號(hào)檢測(cè)，以在傳遞點(diǎn)使信號(hào)非理想的程度最小化。結(jié)果，LSB分量46的電平就可劇烈地改變。
第二，所希望的是相當(dāng)大地減小檢測(cè)的頻率分量(例如LO饋通或USB分量48)的電平，例如從作為起點(diǎn)的15dBc減小到50dBc。由于輸出衰減器RF電平調(diào)整的原因?qū)е略黾恿酥餍盘?hào)的變化(例如25dB)，檢測(cè)的信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍就能夠相當(dāng)大，例如為75dB。例如，假設(shè)常規(guī)為-20dBm。如果是在1.5GHz的電平，使用25dB的芯片上可編程衰減器并要求邊帶抑制為50dB，則信號(hào)強(qiáng)度指示器106應(yīng)該對(duì)-20dBm到-95dBm的信號(hào)敏感。為了以一致的準(zhǔn)確度來(lái)測(cè)量這種變化著的信號(hào)，優(yōu)選的是把信號(hào)強(qiáng)度指示器106實(shí)現(xiàn)為對(duì)數(shù)放大器/檢測(cè)器，如下面要詳細(xì)說(shuō)明的。
第三，由于存在各個(gè)不想要的頻率分量，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題。這些頻率分量同時(shí)被檢測(cè)但由不同的機(jī)制控制。優(yōu)選的是，通過(guò)利用如前面所說(shuō)明的尖銳帶通濾波器再后接對(duì)數(shù)檢測(cè)器的限幅器來(lái)解決這個(gè)問題。帶通濾波器104預(yù)選要最小化的頻率分量，而限幅器有效地消除能夠降低測(cè)量準(zhǔn)確度的其他不想要的信號(hào)。該限幅器在存在兩個(gè)或更多個(gè)信號(hào)時(shí)只捕獲其中稍強(qiáng)的信號(hào)。
圖8為包絡(luò)檢測(cè)器102的優(yōu)選實(shí)施例的電路圖。該電路部分地基于吉爾伯特單元，提供大得多的動(dòng)態(tài)范圍，并且提供比諸如基于二極管的檢測(cè)器之類的常規(guī)包絡(luò)檢測(cè)器優(yōu)越的信噪比。該電路包括上支路(upper tree)114，它包括兩個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)116和118，這兩個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)包括晶體管Q2A、Q3A、Q2B和Q3B。電路110還包括下支路(lowertree)120，它包括第二組晶體管Q1A和Q1B。如圖所示上支路114連接到下支路120。
差動(dòng)輸入信號(hào)直接在輸入端Vin+和Vin-加到上支路114的晶體管的基極上。差動(dòng)輸入信號(hào)由電阻器分配器網(wǎng)絡(luò)R2A、R3A和R2B、R3B高度衰減后，饋送到下支路120的晶體管的基極。下支路120與上支路114相比為高度簡(jiǎn)并的。上支路晶體管硬切換，而簡(jiǎn)并的下支路晶體管看到輸入信號(hào)和它的包絡(luò)。再來(lái)看圖3，該上支路只看到信號(hào)40的零相交而并不知道包絡(luò)42。該下支路看到整個(gè)信號(hào)40。
因此，該上、下支路114、120用作乘法器。在這種模式下，加到上支路114上的輸入信號(hào)的信號(hào)電平超過(guò)晶體管的門限電壓VT(通常約為4VT，其中VT≈25mVPP)，而加到簡(jiǎn)并的下支路120上的輸入信號(hào)的振幅由于R2A、R3A和R2B、R3B的衰減器的作用比門限電壓低很多(假設(shè)R4為0歐姆)。上支路晶體管飽和，并且因此硬切換，使得電流流過(guò)上支路的一側(cè)或另一側(cè)，取決于輸入信號(hào)的極性。這示意性地用方波串122表示。相反，簡(jiǎn)并的下支路120的晶體管不是硬切換，并且該下支路起著放大器的作用，由于存在R4其進(jìn)一步被線性化，從而Q1A和Q1B的集電極中的電流是加到它們的基極上的電壓的再現(xiàn)。[這示意性地用正弦信號(hào)124表示]。然而，由于上支路晶體管的硬切換，Q1A和Q1B中的集電極的電流被斬波了。在輸出端上，Q2A、Q3A和Q2B、Q3B都具有正極性，因此有效地將輸入信號(hào)乘以同步方波，如示意性地由信號(hào)126所示。
一組包括R6A、C2A，R5A、C1A+ClB，R5B、C1A+ClB，以及R6B、C2B的低通濾波器對(duì)結(jié)果進(jìn)行平均，使得在Vout+和Vvout-上輸出的是如圖3所示的差動(dòng)低頻信號(hào)42。因此，電路102的輸出表示輸入信號(hào)的包絡(luò)。凈結(jié)果在于該電路使輸入信號(hào)的頻譜容量移位，使得想要的分量(在這個(gè)例子中為L(zhǎng)SB項(xiàng))的頻率下變頻到零IF。R1A、R2A、R3A和R1B、R2B、R3B加上R4的組合不是常規(guī)的吉爾伯特單元的部件，針對(duì)最佳同步檢測(cè)器操作，該組合為上支路提供同時(shí)偏置以及為下支路提供偏置加衰減。
圖9為信號(hào)強(qiáng)度指示器108的優(yōu)選實(shí)施例的電路圖。這個(gè)電路采用了串接的級(jí)聯(lián)放大器130、132，如在該技術(shù)領(lǐng)域所知，本身提供基本上等于輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)的輸出信號(hào)。這使得值的線性范圍(例如1到5伏)可以表示105量級(jí)的輸入信號(hào)電平的變化。低通濾波器134結(jié)合附加放大器136并入到反饋路徑中。這個(gè)電路有效地提供了圖5中的帶通濾波器104，其低拐點(diǎn)頻率由R和C的值確立而高拐點(diǎn)頻率由級(jí)聯(lián)串接的放大器的帶寬設(shè)定。這形成了一階帶通濾波器。在圖9的同步檢測(cè)器與輔助檢測(cè)器之間還可以設(shè)置高階可調(diào)有源濾波器。
以上示出和說(shuō)明了以差動(dòng)信號(hào)進(jìn)行工作的優(yōu)選實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例可以很容易地改變成以單端信號(hào)進(jìn)行工作。類似，根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)可以對(duì)在這里所說(shuō)明的實(shí)施例進(jìn)行許多其他方面的修改。
權(quán)利要求
1.一種正交調(diào)制器，包括a)接收模擬同相基帶信號(hào)作為輸入的同相調(diào)制支路，所述同相調(diào)制支路包括第一dc偏移調(diào)整電路、第一基帶增益調(diào)整電路和第一混頻器；b)接收模擬正交基帶信號(hào)作為輸入的正交調(diào)制支路，所述正交調(diào)制支路包括第二dc偏移調(diào)整電路、第二基帶增益調(diào)整電路和第二混頻器；c)本機(jī)振蕩器裝置，用來(lái)向第一混頻器提供本機(jī)振蕩器信號(hào)以及向第二混頻器提供本機(jī)振蕩器信號(hào)經(jīng)相移的信號(hào)；d)求和器，用來(lái)對(duì)第一和第二混頻器的輸出求和；e)包絡(luò)檢測(cè)器，用來(lái)對(duì)調(diào)制器的輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并提供表示輸出信號(hào)的振幅的信號(hào)；f)帶通濾波器，用來(lái)對(duì)振幅信號(hào)進(jìn)行濾波；以及g)信號(hào)強(qiáng)度指示器電路，用來(lái)測(cè)量經(jīng)濾波的振幅信號(hào)的強(qiáng)度，該指示器電路提供補(bǔ)償信號(hào)以調(diào)整本機(jī)振蕩器的相移以及同相和正交基帶信號(hào)的dc偏移和基帶增益。
2.一種按照權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中所述包絡(luò)檢測(cè)器是同步檢測(cè)器，而所述信號(hào)強(qiáng)度指示器是對(duì)數(shù)指示器。
3.一種按照權(quán)利要求2所述的調(diào)制器，包括可編程衰減器，用來(lái)調(diào)整輸出信號(hào)的電平，其中所述包絡(luò)檢測(cè)器測(cè)量衰減后的輸出信號(hào)。
4.一種按照權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，包括音產(chǎn)生器，用來(lái)向同相調(diào)制支路輸入端提供測(cè)試音信號(hào)以及向正交調(diào)制支路輸入端提供測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)。
5.一種按照權(quán)利要求4所述的調(diào)制器，包括裝置，用來(lái)a)將第一測(cè)試音信號(hào)加到同相調(diào)制支路輸入端上以及將第一測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到正交調(diào)制支路輸入端上；b)采用補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)調(diào)整同相和正交調(diào)制支路內(nèi)的基帶dc偏移來(lái)使輸出信號(hào)內(nèi)的載波泄漏最小化；c)將第二測(cè)試音信號(hào)加到同相調(diào)制支路輸入端上以及將第二測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到正交調(diào)制支路輸入端上，所述第二測(cè)試音的頻率基本上為第一測(cè)試音的頻率的二分之一；以及d)采用補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)調(diào)整同相和正交調(diào)制支路內(nèi)的基帶增益和本機(jī)振蕩器信號(hào)的相移來(lái)使輸出信號(hào)內(nèi)不想要的上邊帶頻率分量最小化。
6.一種校準(zhǔn)正交調(diào)制器的方法，包括下列步驟a)將第一測(cè)試音信號(hào)加到調(diào)制器的同相調(diào)制支路輸入端上以及將第一測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到調(diào)制器的正交調(diào)制支路上；b)測(cè)量在調(diào)制器的輸出信號(hào)中本機(jī)振蕩器(LO)饋通的電平，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整基帶dc偏移電壓以使LO饋通最小化；c)將第二測(cè)試音信號(hào)加到同相調(diào)制支路輸入端上以及將第二測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到正交調(diào)制支路輸入端上；以及d)測(cè)量輸出信號(hào)內(nèi)不想要的上邊帶頻率分量的電平，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整同相和正交調(diào)制支路的基帶增益和LO相位誤差，以使不想要的邊帶最小化。
7.一種按照權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第二測(cè)試音的頻率基本上為第一測(cè)試音的頻率的二分之一。
8.一種按照權(quán)利要求6所述的方法，其中測(cè)量輸出信號(hào)內(nèi)本機(jī)振蕩器(LO)饋通或USB的電平通過(guò)下列步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)a)將輸出信號(hào)的頻譜移位，使得下邊帶頻率分量(LSB)下變頻為零IF；b)對(duì)經(jīng)頻譜移位的信號(hào)進(jìn)行濾波，從而使LO饋通或USB通過(guò)；以及c)測(cè)量經(jīng)頻譜移位和濾波的信號(hào)的振幅。
9.一種按照權(quán)利要求8所述的方法，其中所述輸出信號(hào)的頻譜由同步包絡(luò)檢測(cè)器移位。
10.一種按照權(quán)利要求9所述的方法，其中所述同步包絡(luò)檢測(cè)器包括a)吉爾伯特單元，在上支路內(nèi)具有至少一個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)和在下支路內(nèi)具有至少一個(gè)晶體管，所述上、下支路相互連接，所述上、下支路均具有輸入端；b)電阻器分配器網(wǎng)絡(luò)，連接在上支路的輸入端與下支路的輸入端之間，選擇該網(wǎng)絡(luò)的電阻值，使得選定的、具有足以使上支路的晶體管飽和的信號(hào)電平的輸入信號(hào)衰減成不會(huì)使下支路的晶體管飽和；以及c)低通濾波器裝置，連接到晶體管的上支路，所述檢測(cè)器的輸出信號(hào)在所述低通濾波器提供。
11.一種按照權(quán)利要求8所述的方法，其中所述經(jīng)頻譜移位和濾波的信號(hào)的振幅由對(duì)數(shù)檢測(cè)器測(cè)量，所述對(duì)數(shù)檢測(cè)器提供用來(lái)使L0饋通或不想要的邊帶最小化的補(bǔ)償信號(hào)。
12.一種按照權(quán)利要求11所述的方法，包括在測(cè)量輸出信號(hào)的步驟之前有選擇地使輸出信號(hào)衰減。
13.一種按照權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第二測(cè)試音的頻率基本上為第一測(cè)試音的頻率的二分之一。
14.一種正交調(diào)制器，包括a)接收模擬同相基帶信號(hào)作為輸入的同相調(diào)制支路，所述同相調(diào)制支路包括第一dc偏移調(diào)整電路、第一基帶增益調(diào)整電路和第一混頻器；b)接收模擬正交基帶信號(hào)作為輸入的正交調(diào)制支路，所述正交調(diào)制支路包括第二dc偏移調(diào)整電路、第二基帶增益調(diào)整電路和第二混頻器；c)本機(jī)振蕩器裝置，用來(lái)向第一混頻器提供本機(jī)振蕩器信號(hào)和向第二混頻器提供本機(jī)振蕩器信號(hào)經(jīng)相移的信號(hào)；d)求和器，用來(lái)對(duì)第一和第二混頻器的輸出求和；e)包絡(luò)檢測(cè)裝置，用來(lái)對(duì)調(diào)制器的輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并提供表示輸出信號(hào)的振幅的信號(hào)；f)帶通濾波器裝置，用來(lái)對(duì)振幅信號(hào)進(jìn)行濾波；以及g)對(duì)數(shù)檢測(cè)器，用來(lái)測(cè)量經(jīng)濾波的振幅信號(hào)的強(qiáng)度，所述對(duì)數(shù)檢測(cè)器提供補(bǔ)償信號(hào)以調(diào)整本機(jī)振蕩器的相移和同相和正交基帶信號(hào)的dc偏移和基帶增益。
15.一種按照權(quán)利要求14所述的調(diào)制器，包括校準(zhǔn)裝置，用來(lái)a)將第一測(cè)試音信號(hào)加到同相調(diào)制支路輸入端上以及將第一測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到正交調(diào)制支路輸入端上；b)采用補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)調(diào)整同相和正交調(diào)制支路內(nèi)的基帶dc偏移來(lái)使輸出信號(hào)內(nèi)的載波泄漏最小化；c)將第二測(cè)試音信號(hào)加到同相調(diào)制支路輸入端上以及將第二測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到正交調(diào)制支路輸入端上，所述第二測(cè)試音的頻率基本上為第一測(cè)試音的頻率的二分之一；以及d)采用補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)調(diào)整同相和正交調(diào)制支路內(nèi)的基帶增益和本機(jī)振蕩器信號(hào)的相移來(lái)使輸出信號(hào)內(nèi)不想要的上邊帶頻率分量最小化。
16.一種同步包絡(luò)檢測(cè)器，包括a)吉爾伯特單元，在上支路內(nèi)具有至少一個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)和在下支路內(nèi)具有至少一個(gè)晶體管，所述上、下支路相互連接，所述上、下支路均具有輸入端；b)電阻器分配器網(wǎng)絡(luò)，連接在上支路的輸入端與下支路的輸入端之間，選擇該網(wǎng)絡(luò)的電阻值，使得選定的、具有足以使上支路的晶體管飽和的信號(hào)電平的輸入信號(hào)衰減成不會(huì)使下支路的晶體管飽和；以及c)低通濾波器裝置，連接到晶體管的上支路，所述檢測(cè)器的輸出信號(hào)在低通濾波器提供。
17.一種按照權(quán)利要求16所述的檢測(cè)器，其中所述下支路具有兩個(gè)BJT晶體管，并且一個(gè)電阻器連接在所述兩個(gè)晶體管的發(fā)射極之間。
18.一種按照權(quán)利要求16所述的檢測(cè)器，包括使上支路的各晶體管偏置的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種正交調(diào)制器和一種通過(guò)將第一測(cè)試音信號(hào)加到調(diào)制器的同相調(diào)制支路輸入端上以及將第一測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到調(diào)制器的正交調(diào)制支路上來(lái)校準(zhǔn)這種正交調(diào)制器的方法。對(duì)調(diào)制器的輸出信號(hào)內(nèi)的載波泄漏電平進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整基帶dc偏移電壓，以使載波泄漏最小化。再將第二測(cè)試音信號(hào)加到同相調(diào)制支路輸入端上和將第二測(cè)試音信號(hào)經(jīng)90度相移的信號(hào)加到正交調(diào)制支路輸入端上。對(duì)輸出信號(hào)內(nèi)不想要的上邊帶頻率分量的電平進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整同相和正交調(diào)制支路的基帶增益和本機(jī)振蕩器相位誤差，以使不想要的邊帶最小化。
文檔編號(hào)H03C3/40GK1778035SQ200480010954
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2004年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月24日
發(fā)明者A·帕薩, A·福托瓦特-阿馬迪, A·法福里, M·耶納比, E·里烏, S·哈恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司